第一章 概述1. 试考虑如图1.1的蒸汽加热炉自动控制系统可能会受到哪些干扰的影响?蒸汽压力，蒸汽温度、进料温度、压力、成分（比热），传热面积，环境温度。2. 按给定值的不同，自动控制可分为哪几类？定值控制系统：如冰箱控制，反馈控制系统中的给定量如果恒定不变，主要克服干扰。随动控制系统：导弹控制系统，它需要迅速跟随目标的行踪。3. 一个简单控制系统主要由哪几个环节组成，它们的作用分别是什么？ 被控对象:自动控制系统需要进行控制的机器、设备或生产过程。 变送器（检测仪表、检测元件）:对系统输出量进行测量的装置。 调节器（控制器、校正装置，包含比较元件）:对系统的输入量和输出量进行比较，给出偏差信号，起信号综合作用，并将偏差信号进行比例、积分、微分等控制运算的器件，产生控制信号操纵执行元件，用于改善系统的性能。 执行器（执行元件）:根据控制器的命令，改变操纵变量的大小，使被控制的输出量与给定值一致。4. 简单控制系统中各个环节的的输入和输出分别是什么？系统的输入和输出又是什么？环节或系统输入输出被控对象调节参数，干扰参数被调参数变送器被调参数测量值调节器测量值，给定值调节输出执行器调节输出调节参数调节系统给定值，干扰参数被调参数5. 什么是被控对象特性?环节的特性，是指它的输出参数和输入参数之间的种种关系。 被调参数与调节参数关系，称调节通道； 被调参数与干扰参数关系，称干扰通道；6. 描述一个有自衡的非振荡被控对象的特性参数有哪些，它们的意义是什么？放大系数 (也称稳态增益)K、时间常数T和时滞，需考虑调节通道与干扰通道。K0大，调节参数对被调参数影响大；Kf大，干扰参数对被调参数影响大。反之小。T0大，调节参数对被调参数影响过程慢；Kf大，干扰参数对被调参数影响过程慢。反之快。0大，调节参数对被调参数影响开始晚；f大，干扰参数对被调参数影响开始晚。反之早。7. 什么是控制通道和扰动通道？参见5。8. 已知图示的储水槽水位控制系统，试分析当出水量突然增大时，该系统如何实现水位调节，试画出该系统的方块图出水液位浮球2杠杆3逆时针转针形阀进水液位回升。9. 现有下图所示的换热器出料温度控制系统:a) 试画出该系统的具体组成方块图。b) 阀及调节器的选择。c) 指出该系统的被控对象、被控变量、操作变量各是什么?d) 若蒸汽压Ps突然增大dPs以后，试简述该系统是怎样实现自动控制作用的。e) 试画出上述衰减振荡形式的过渡过程曲线 被控对象：换热器；被控变量：出料温度；操作变量：蒸汽流量。 阀的选择原则：安全原则，选气开阀，信号中断时关闭蒸汽； 调节器选择原则：预设为正作用（测量值调节输出），则Ps蒸汽流量出料温度TT输出测量值TC调节器输出（正作用）调节阀开度（气开阀）蒸汽流量出料温度，不符合负反馈条件，故应先反作用！ 调节过程：Ps蒸汽流量出料温度TT输出测量值TC调节器输出（反作用）调节阀开度（气开阀）蒸汽流量出料温度，实现调节。 过渡过程曲线10. 自动控制系统的单项控制指标有哪些？ 余差：反映控制系统的稳态精度，系统给定值与系统稳定时的测量值之差，叫做稳态误差。 最大超调量或超调量：第一峰值相对于稳态值的过调百分数；过渡过程曲线达到第一个峰值所需的时间，称为峰值时间tp。 上升时间tr：曲线从零上升到第一次达到稳态值的时间。对于无振荡的系统，则以由稳态值的10%上升到90%的时间作为上升时间。 调节时间或过渡过程时间ts：输出量与稳态值之间的偏差达到允许范围(一般取5%或2%)并维持在此允许范围内，称做过渡过程时间或调节时间。 振荡次数N：指在调节时间ts内输出值偏离稳态值的振荡次数。 衰减比：指调节系统在最先两个同向峰值与稳态值之差的比值。第二章 传感器1. 试列举日常生活，工作相关的各种物理量。温度、湿度、气压、电量、水量、煤气量。2. 试列举你所了解的自动测量控制装置中的传感器。温度传感器、湿度传感器、压力传感器、电量传感器、水量传感器、煤气传感器。第三章 执行器1. 三类执行器各有什么优缺点？ 气动执行器：结构简单、价格低、防火防爆； 电动执行器：体积小、种类多、使用方便； 液压执行器：推力大、精度高。2. 执行器分执行机构和调节机构两部分，它们各起什么作用？ 执行机构：产生推力或位移的装置； 调节机构：直接改变能量或物料输送量的装置。3. 电磁阀和调节阀有什么不同？ 电磁阀：当线圈通电或不通电时，阀门打开或关闭。 调节阀：通过改变阀芯的行程可改变调节阀的阻力系数，以达到连续调整流量的目的。4. 步进电动机三相双拍制和三相单三拍制通电方式的步距角都是60。，但是两种通电方式有何区别，前者是否有什么优点? 前者两相同时通电，转矩较大；后者仅单相通电，精度高。 前者优点：输出转矩大；必有一相通电，故稳定，不易振荡。5. 为什么说安全火花仪表是本质安全防爆仪表?电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能产生的火花都限制在爆炸性物质的点火能量以下，且温度不超过可燃物的起燃点，故为本质安全，称本质安全防爆仪表。6. 补充：如何构建安全火花防爆系统?危险场所采用安全火花防爆仪表，安全场所采用普通仪表，危险场所与安全场所之间通过防爆栅相连。第四章 计算机输入输出技术1. 请按照图4.2 式样确定一组双T 型电阻网络窄带带阻滤波器电阻电容值。用来滤除工频干扰。2. 常见的模拟多路开关有哪几种? 各有什么优缺点? 机械式：常用的是干簧继电器。结构简单，闭合电阻小，开路电阻，但速度慢，寿命短。 电子式：采样速度快，体积小，寿命长，其缺点是导通电阻大。3. 什么情况下应该采用V/F 转换器组成A/D 转换器?将电压信号转变为频率信号来实现A/D转换。 优点：接口简单；输入方式灵活；抗干扰能力较强；方便远传； 缺点：转换时间较长，一般需几或几十毫秒。第五章 数据处理技术1. 请总结本章介绍的各种数字滤波法的原理、方法（即算法）及适用场合。 惯性滤波法：相当于RC低通滤波。 算术平均值滤波：适用于本身在某一数值上下波动，具有平均值的信号，例如流量、液位等信号进行滤波。N越大，平滑程度越好，但灵敏度较差。 加权平均滤波法：类似算术平均滤波法，但各采样时刻权重不同，以提高系统的灵敏度。 中值滤波法：连续采样n次检测信号(n=3,且为奇数)，然后选择大小居中的数据作为有效信号。适用于滤除脉冲性干扰的影响，克服偶然因素引起的波动或误码。 防脉冲干扰平均值法(复合滤波法)：先用中值滤波法滤掉由于脉冲性干扰引起误差的采样值，然后对剩下的采样值进行算术平均滤波。既可以用于快速系统，也可以用于慢速系统。 滑动平均滤波法：用队列作为测量数据存储器，每进行一次新的测量，扔掉队首的一个数据，把测量结果放到队尾，使队列中始终保持N个“最新”的数据；适用于温度、液位等变化缓慢参数的测量。 程序判断滤波法：1）限幅滤波上下限滤波，用于消除大的干扰；2）限速滤波用于消除快变干扰。2. 为什么要进行工程量转换(即标度变换)?被测量一般均会被转换成统一的标准信号，故需将数字量转换为人们熟悉的工程单位进行显示或记录。3. 补充：标度变换。变送器温度测量范围为0-150度，变换成4-20mA，采用EM235，输入电流范围0-20mA，内部信号范围0-32000，试确定标度变换公式。输入范围0-20mA，则对于4-20mA，实际为20%100%，内部信号范围为0-32000，则其实际范围为32000*20%32000=640032000。第七章 数字PID控制1. 补充：何为PID控制？Kp，Ti和Td的大小对比例，积分和微分作用分别有什么影响? 指Proportional(比例)Integral（积分)Derivative (微分)控制作用的总和。 Kp比例作用；（或（比例度比例带）比例作用） Ki积分作用；（或Ti（积分时间）积分作用） Kd微分作用；（或Td微分作用）2. 增量式PID算法有什么优点，适用于什么场合? 优点是：错误动作影响小，不会引起误差积累，实现手动-自动的无扰动切换更为方便。3. 使用增量式算法时，内存中要保存哪几个采样时刻的采样值? 保存。4. 在线整定或修改PID参数有什么好处? 在完成系统控制的同时，可对PID参数进行在线修改。5. 整定PlD参数时，为什么Kp要从小到大地增加，直到出现振荡，而不能反过来，即从大到小地减小？Kp越大，系统稳定性越差，极端情况下可能不稳定！故使Kp从小到大变化进行临界振荡搜索时，比较安全。6. 补充：简述PID参数整定的基本步骤。 选择一个足够短的采样周期Tmin； 将数字控制器选为纯比例控制，从小到大改变比例系数，直到系统的阶跃响应持续4-5 次等幅振荡为止，记此时的临界比例系数Kr及临界振荡周期为Tr。 计算并圆整至适当控制度。 查临界比例度经验参数表，获得所需的PID参数； 使PID控制器按求得的参数运行，并反复试凑，直到获得满意的控制效果。第八章 可编程序控制器1. 说明PLC的工作过程。周期性的循环扫描，包括三个主要步骤：输入采样、程序解算及输出刷新阶段。 输入采样阶段：PLC扫描所有输入点，并将得到的输入信号存放在输入映像寄存器。 程序解算阶段：根据输入映像寄存器中输入点状态及输出映像寄存器中输出点的状态，逐条解算用户程序。解算所得出的结果再写回输出映像寄存器中。 输出刷新阶段：将输出映像寄存器中每个输出点的状态一次性全部送到输出锁存寄存器，输出锁存寄存器再将这这些信号送至每个输出端子驱动现场设备。 输出刷新以后，PLC一般要进行硬件自诊断，访问编程口，访问通讯口，以及其他辅助工作。2. 补充：实现温度控制，补充标度变换功能，设温度测量范围为0-200度，设定工作点76度，采样周期150ms，比例系数为0.6，积分时间为90秒，微分时间为30秒。 系统设计：采用CPU226实现PID控制功能，采用EM235模拟量的输入、输出操作。 接线：连接CPU226与EM235连接EM235与传感器、驱动板AI0：A+/A-，短路A+，RA，用于连接传感器，输入0-20mA.AO0：V0/M0，用于连接驱动板，输出-1010V 输入信号变换：EM235对于0-20mA输入，内部变换为0-32000，则当输入为4-20mA，内部将变换为640032000。a) 输入归一化：即将4-20mA输入变换至01区间。b) 标度变换：即将4-20mA输入变换至0200度区间。c) 设定点计算：全范围为0-200度，设定值为76度，将其归一化为： 输出信号变换：EM235对于内部-3200032000，对应产生输出-1010V。则当内部数据为0-32000时，所需输出为0-10V。a) 输出反归一化：即将01转换为0-32000区间。 主程序： a) 第一